粘度法測(cè)定水溶性高聚物分子量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上華 南 師 范 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2012 年 4 月 11 日實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師 馬國(guó)正老師 實(shí)驗(yàn)評(píng)分 黏度法測(cè)定水溶性高聚物分子量一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 測(cè)定多糖聚合物-右旋糖苷的平均分子量； 2.掌握用烏式黏度計(jì)測(cè)定黏度的原理和方法。 二.實(shí)驗(yàn)原理 高聚物相對(duì)分子質(zhì)量是表征聚合物特征的基本參數(shù)之一，相對(duì)分子質(zhì)量不同，高聚物的性能差異很大。所以不同材料，不同的用途對(duì)分子質(zhì)量的要求是不同的。測(cè)定高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)和使用高分子材料具有重要的實(shí)際意義。本實(shí)驗(yàn)采用的右旋糖苷分子是目前公認(rèn)的優(yōu)良血漿代用品之一，它是一種水溶性的多糖類聚合物，在

2、中等分子量時(shí)，它能提高血漿滲透壓，擴(kuò)充血容量；在低分子量時(shí)，它能降低血液粘稠度，改善微循環(huán)以及有抗血栓形成的作用；但在高分子量時(shí)，則會(huì)引起紅細(xì)胞聚集，導(dǎo)致微循環(huán)障礙?？梢?jiàn)，測(cè)定高聚物分子量對(duì)生產(chǎn)和使用高分子材料有重要意義。由于高聚物分子量大小不一，故通常測(cè)定高聚物分子量都是利用統(tǒng)計(jì)的平均分子量。常用的測(cè)定方法有很多，如粘度法、端基分析、沸點(diǎn)升高、冰點(diǎn)降低、等溫蒸餾、超離心沉降及擴(kuò)散法等，其中，用粘度法測(cè)定的分子量稱“黏均分子量”，記作M。 線型高分子可被溶劑分子分散，在具有足夠的動(dòng)能下相互移動(dòng)，成為黏度態(tài)，是可溶性的高聚物在稀溶液中的黏度，是它在流動(dòng)過(guò)程中所存在內(nèi)摩擦的反映，這種摩擦主要有：溶

3、劑分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，也就是純?nèi)軇┑酿ざ?，記?；高分子與高分子之間的內(nèi)摩擦以及高分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，三者總和表現(xiàn)為高聚物溶液的黏度，記作。 在同一溫度下，高聚物的黏度一般都比純?nèi)軇┑酿ざ却?，?gt;0，這些黏度增加的分?jǐn)?shù)，叫做增比黏度，記作sp，即式中，r 稱為相對(duì)黏度，這指明溶液黏度對(duì)溶劑黏度的相對(duì)值，仍是整個(gè)溶液的黏度行為。sp則以為著已經(jīng)扣除了溶劑分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)。溶液的濃度可大可小，顯然，濃度愈大，黏度也就愈大，為了便于比較，將單位濃度下所顯示的黏度，即引入sp/c，稱作比濃黏度，其中c為濃度，g/ml.為了進(jìn)一步消除高聚物分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，必須將溶液濃度無(wú)

4、限稀釋，使得每個(gè)高聚物分子彼此相隔極遠(yuǎn)，其相互干擾可以忽略不記。這一粘度的極限值記為： 被稱為特性粘度，其值與濃度無(wú)關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)聚合物、溶劑和溫度確定以后，的數(shù)值只與高聚物平均相對(duì)分子質(zhì)量M有關(guān)，它們之間的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可用Mark Houwink 方程式表示： 式中，Ma為平均分子量（黏均分子量），K是比例常數(shù)，a是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。K和a值與溫度、聚合物、溶劑性質(zhì)有關(guān)，也和分子量有關(guān)，K值受溫度影響明顯，而a值主要取決于高分子線團(tuán)在某溫度下，某溶劑中舒展的程度。K和a值只能通過(guò)其他方法確定，不同方法得到的數(shù)值有所差異，而從黏度法只能測(cè)得，通過(guò)式（3-84）即可計(jì)算聚合物的黏均分子量

5、。測(cè)定高分子的時(shí)，用毛細(xì)管粘度計(jì)最為方便。當(dāng)液體在毛細(xì)管粘度計(jì)內(nèi)因重力作用而流出是遵守泊肅葉（Poiseuille）定律： =r4pt8LV-mV8Lt式中，為液體的黏度，為液體的密度；L是毛細(xì)管長(zhǎng)度；r 是毛細(xì)管半徑；t 是流出時(shí)間；V是流經(jīng)毛細(xì)管液體的液體體積；g為重力加速度； p是自重壓力，故也可寫作hgp, h是流經(jīng)毛細(xì)管的液體的平均液柱高度；m是與機(jī)器的幾何形狀有關(guān)的常數(shù)，在r/l<<1 時(shí)，可取m=1。 泊肅葉式可寫作 =r4hgpt8LV-mV8Lt對(duì)某一支指定的粘度計(jì)而言，r、h、V、L、g、m均為常數(shù)，故 =At-Bt如測(cè)定是在稀溶液中進(jìn)行，溶液的密度和溶劑的密度

6、近似相等，則：故sp /c和lnr /c的極限都等于特性黏度 ,由此可獲得的方法有兩種：專心-專注-專業(yè)一種以 sp 對(duì) c 作圖外推 c0 的截距值；另一種以 lnr/c 對(duì) c作圖，外推 c0 的截距值；或同時(shí)作圖，兩條直線的截距應(yīng)重合于一點(diǎn)，這樣也可以核實(shí)實(shí)驗(yàn)的可靠性，如右圖所示：根據(jù)實(shí)驗(yàn)在足夠稀的溶液中，這兩條直線的方程為：通常不必用溶液的真實(shí)濃度作圖，而采用對(duì)起始濃度的相對(duì)濃度作圖，c為相對(duì)濃度，c1為起始濃度，c為真實(shí)濃度。與原式對(duì)照可以得出值，代入式（3-84），算出高聚物黏均分子量，K 和a值查表知。三、儀器與試劑 10mL 移液管 2支 恒溫槽 1 套 50mL注射器 1 支

7、 烏式黏度計(jì) 1支 吹風(fēng)機(jī) 1個(gè) 1/10 秒表 1只 右旋糖苷（20g/L） 丙酮四、實(shí)驗(yàn)步驟1.洗滌黏度計(jì)取出一只黏度計(jì)，先用丙酮灌入黏度計(jì)中，浸洗去留在黏度計(jì)中的高分子物質(zhì)，黏度計(jì)的毛細(xì)管部分，要反復(fù)用丙酮流洗。方法是：用約 10 mL 丙酮至大球中，并抽吸丙酮經(jīng)毛細(xì)管 3 次以上，洗畢，傾去丙酮倒入回收瓶中，再重復(fù)一次，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干黏度計(jì)備用。 2.測(cè)定溶劑流出時(shí)間在鐵架臺(tái)上調(diào)節(jié)好黏度計(jì)的垂直度和高度，然后將黏度計(jì)安放在恒溫水浴中。用移液管吸取10mL 純水，從A 管注入。于37恒溫槽中恒溫5min。進(jìn)行測(cè)定時(shí)，在 C管上套上橡皮管，并用夾子夾住，使其不通氣，在 B 管上用橡皮管接

8、針筒，將蒸餾水從 F 球經(jīng) D 球、毛細(xì)管、E球抽到G球上（不能高出恒溫水平面），先拔去針筒并解去夾子，使 C管接通大氣，此時(shí) D 球內(nèi)液體即流回 F 球，使毛細(xì)管以上液體懸空。毛細(xì)管以上液體下流，當(dāng)液面流經(jīng) a刻度時(shí)，立即按停表開(kāi)始記錄時(shí)間，當(dāng)液面降到b刻度時(shí)，再按停表，測(cè)得刻度a、b之間的液體流經(jīng)毛細(xì)管所需時(shí)間，重復(fù)操作兩次，記錄留出時(shí)間且誤差不大于1-2s，取兩次平均值為 t0，3.溶液流出時(shí)間的測(cè)定取出黏度計(jì)，傾去其中的水，加入少量的丙酮溶液潤(rùn)洗，經(jīng)過(guò)各個(gè)瓶口流出，以達(dá)到洗凈的目的。同上法安裝調(diào)節(jié)好黏度計(jì)，用移液管吸取 10mL 溶液小心注入黏度計(jì)內(nèi)（注意不能將溶液黏在黏度計(jì)的管壁上）

9、，在溶液恒溫過(guò)程中，應(yīng)用溶液潤(rùn)洗毛細(xì)管后再測(cè)定溶液的流出時(shí)間t。然后一次分別加入 2.0mL、3.0 mL、5.0 mL、10.0 mL 蒸餾水，按上述方法分別測(cè)量不同濃度時(shí)的t 值。每次稀釋后都要將溶液在F 球中充分?jǐn)噭颍捎冕樛泊驓獾姆椒?，但不要將溶液濺到管壁上），然后用稀釋液抽洗黏度計(jì)的毛細(xì)管、E 球和 G 球，使黏度計(jì)內(nèi)各處溶液的濃度相等，而且須恒溫。五、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論1.數(shù)據(jù)整理（恒溫槽溫度：37）為了作圖方便，假定起始相對(duì)濃度是1，根據(jù)原理中的公式計(jì)算所得數(shù)據(jù)記錄如下表表一 數(shù)據(jù)記錄表c'T1/sT2/sT平均rInrspsp/c'Inr/c'純水120.0

10、119.35119.68100-1160.94160.69160.821.34380.29550.34380.34380.29555/6152.69152.59152.641.27550.24330.27550.33060.2922/3145.56145.53145.551.21620.19570.21620.32430.29361/2137.87137.56137.721.15070.14040.15070.30140.28081/3129.00129.44129.221.07980.07680.07980.23940.23042.作圖 用sp/c'、Inr/c'對(duì)c作圖圖一

11、sp/c'、Inr/c'- c外推c'0，得截距A=0.2173，而c=20g/L,則特性濃度=A/c=0.01093.計(jì)算分子量右旋糖苷水溶液的參數(shù)： 37時(shí)，K0.141cm3 /g，a0.46。則根據(jù)=KMa,代入數(shù)據(jù)可得M=3.8*1034.結(jié)果分析高聚物相對(duì)分子質(zhì)量是表征聚合物特征的基本參數(shù)之一，相對(duì)分子質(zhì)量不同，高聚物的性能差異很大。本次實(shí)驗(yàn)理論上應(yīng)該得到兩條直線重合于一點(diǎn)。但由圖可知，直線線性很差，兩條直線的斜率都為正值，二者截距不同，因此用外推法得到的相對(duì)分子量參考價(jià)值不大。分析可能是因?yàn)槿芤簼舛忍?，測(cè)定的T和T0.很接近，導(dǎo)致sp的相對(duì)誤差比較大。另

12、外，黏度計(jì)中的液體在毛細(xì)管中流動(dòng)還受到其他因素的影響，比如傾斜度、重力加速度、毛細(xì)管內(nèi)壁粗糙度、表面張力、動(dòng)能改正等的影響，使得測(cè)出的流動(dòng)時(shí)間有一定的誤差。黏度計(jì)應(yīng)該垂直放置，這樣液體可以從高處自由流下。本次實(shí)驗(yàn)由于黏度計(jì)后來(lái)偏斜了一點(diǎn)，導(dǎo)致液體下流的速度改變，從而導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間不準(zhǔn)確，結(jié)果就有比較大的誤差。再者，高聚物分子鏈之間的距離隨著濃度的變化而變化，當(dāng)濃度超過(guò)一定的限度時(shí)，高聚物溶液的SP /C或lnr / C與C的關(guān)系有可能不再呈線性。查閱相關(guān)資料知通常選用r =1.22.0的濃度范圍，本次實(shí)驗(yàn)最后兩組數(shù)據(jù)r均低于1.2，故偏差比較大。六、思考題1. 烏氏粘度計(jì)中的各支管有什么作用？除

13、去支管C是否仍可以測(cè)粘度？如果在測(cè)定液體流出時(shí)間沒(méi)有打開(kāi)支管C，會(huì)對(duì)測(cè)定的高聚物分子量產(chǎn)生何種影響？答：烏氏粘度計(jì)由A、B、C三個(gè)支管構(gòu)成，其中，A管是用來(lái)裝液體的，B管則是測(cè)量主件，可以測(cè)定液體定向流動(dòng)一定距離的流動(dòng)時(shí)間，C管則是使B管與大氣連通。當(dāng)毛細(xì)管下端的液面下降，毛細(xì)管內(nèi)流下的液體形成一個(gè)氣承懸液柱，液體流出毛細(xì)管下端后沿管壁流下，避免出口處形成湍流現(xiàn)象?；蛘呤菧p少了a管液面升高對(duì)毛細(xì)管中液流壓力差帶來(lái)的影響。除去C管仍可測(cè)定，但是要保證每次測(cè)量的體積都相同（不適用）。烏氏粘度計(jì)由于有C管，故所加待測(cè)液的體積不用每次相同，即可以在黏度計(jì)中稀釋直接稀釋液體。若除去C管，液體下流時(shí)所受到

14、的壓力差gh與管B中液面高度有關(guān)，故應(yīng)保證每次測(cè)量的體積相同，也即是另一種黏度計(jì)奧氏粘度計(jì)，在本次實(shí)驗(yàn)中是不適用的。如果沒(méi)打開(kāi)C則流出的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，測(cè)出的分子量偏大。2. 烏氏粘度計(jì)毛細(xì)管太粗太細(xì)各有何特點(diǎn)？ 答：烏氏粘度計(jì)的毛細(xì)管太粗的時(shí)候，流速過(guò)快，可能導(dǎo)致測(cè)的時(shí)間太快而未能及時(shí)反應(yīng)，因而測(cè)出來(lái)的時(shí)間可能不準(zhǔn)確；烏氏粘度計(jì)的毛細(xì)管太細(xì)，流速過(guò)慢，雖然讀數(shù)較為精確，但花費(fèi)的時(shí)間也較長(zhǎng)。所以，烏氏粘度計(jì)粗細(xì)應(yīng)該適當(dāng)。 3. 為什么強(qiáng)調(diào)粘度計(jì)一定要干凈、無(wú)塵？答：黏度計(jì)中如果不干凈，會(huì)影響液體的流速，若溶解在溶液中，還會(huì)使溶液的成分發(fā)生變化，對(duì)分子量的測(cè)定結(jié)果影響較大。4.烏氏粘度計(jì)測(cè)定高聚物分子

15、量有哪些注意事項(xiàng)？答：使用烏氏粘度計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a.使用烏式粘度計(jì)時(shí)，要在同一支粘度計(jì)內(nèi)測(cè)定一系列濃度成簡(jiǎn)單比例關(guān)系的溶液的流出時(shí)間每次吸取和加入的液體的體積要很準(zhǔn)確。為了避免溫度變化可能引起的體積變化，溶液和溶劑應(yīng)在同一溫度下移取，故實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇在恒溫槽中進(jìn)行，恒溫槽中溫度應(yīng)該恒定，溶液每次稀釋恒溫后才能測(cè)量。b.在每次加入溶劑稀釋溶液時(shí)，必須將粘度計(jì)內(nèi)的液體混合均勻，還要將溶液吸到E線上方的小球內(nèi)兩次，潤(rùn)洗毛細(xì)管，否則溶液流出時(shí)間的重復(fù)性差。 c.粘度計(jì)必須潔凈，如毛細(xì)管壁上掛有水珠，需用吹風(fēng)機(jī)吹干。 d.測(cè)定時(shí)粘度計(jì)要垂直放置，否則影響結(jié)果曲準(zhǔn)確性。5.特性黏度是溶液無(wú)限稀釋時(shí)的比濃黏度，它與純?nèi)軇┑酿ざ仁欠褚粯樱瑸槭裁匆脕?lái)測(cè)量高聚物的分子量？答：特性黏度與純?nèi)軇┑酿ざ炔灰粯印Ｈ軇┓肿优c溶劑分子間的內(nèi)摩擦是純?nèi)軇┑酿ざ龋匦责ざ仁侨芤簾o(wú)限稀